ВВЕДЕНИЕ 10
Глава 1. Взаимодействие водорода с металлами 12
1.1. Взаимодействие водорода с титаном и цирконием 15
1.2. Взаимодействие никеля с водородом 20
1.3. Подготовка металлических образцов 21
Глава 2. Материалы и методы исследований 23
2.1. Нанесение покрытий 23
2.2. Определение толщины покрытия 26
2.3. Насыщение водородом из газовой среды 28
2.4. Измерение твердости 29
Глава 3. Экспериментальные результаты 32
Глава 4. Социальная ответственность 37
4.1 Анализ вредных факторов производственной среды 37
4.1.1 Метеоусловия 37
4.1.2 Производственный шум 39
4.1.3 Освещенность 41
4.1.4 Электромагнитные поля 43
4.2 Анализ опасных факторов производственной среды 44
4.2.1 Факторы электрической природы 44
4.2.2 Факторы пожарной и взрывной природы 45
4.3 Охрана окружающей среды 47
4.4 Защита в ЧС 48
4.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 49
Глава 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 51
5.1 SWOT-анализ 51
5.2 Планирование научно-исследовательских работ 54
5.2.1 Структура научно-исследовательских работ 54
5.2.2 Разработка графика научного исследования 55
5.2.3 Бюджет научно-технического исследования 60
5.3 Определение сравнительной эффективности исследования 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
Список использованных источников 69
Приложение А 75
Титановые и циркониевые сплавы в качестве конструкционного материала широко используются в различных отраслях промышленности. Титан применяется в химическом машиностроении, самолето- и ракетостроении благодаря его высокому сопротивлению, коррозионной стойкости и жаропрочности. Цирконий является очень важным конструкционным материалом в ядерной энергетике, так как обладает малым сечением захвата тепловых нейтронов и высокой механической прочностью при повышенных температурах [1-5].
Механические свойства титановых и циркониевых сплавов существенно зависят от наличия в них примесей, которые повышают прочность, но снижают пластичность материала. К таким примесям относятся кислород, азот, углерод, водород [6, 7]. Особенно вреден водород, который из-за образования гидридов вызывает охрупчивание металла. Поэтому его содержание не должно превышать 0,015 масс.% [4].
Титан при нагреве активно поглощает водород, и чем выше температура, тем интенсивнее идет процесс поглощения. В атмосфере свободного водорода почти нет. Он образуется из паров воды, которые разлагаются с образованием оксидной пленки [8]. Водород может проникать в титановые сплавы при технологических операциях, особенно связанных с травлением полуфабрикатов, а также в процессе эксплуатации. Поэтому при применении титановых сплавов необходимо учитывать вероятность возникновения водородной хрупкости, которая опасна из-за наличия внутренних напряжений [9, 10].
В процессе эксплуатации циркониевые оболочки тепловыделяющих элементов водоохлаждаемых энергетических атомных реакторов окисляются и наводороживаются. Водород выделяется в результате взаимодействия циркониевых сплавов с теплоносителем (водой или парами воды) при высоких температуре и давлении. При этом образуются гидриды, которые резко ухудшают механические свойства циркониевых сплавов. С образованием гидридов связан такой механизм разрушения, как замедленное гидридное растрескивание. Проникновение водорода в циркониевые оболочки опасно тем, что оно может привести к попаданию ядерного топлива в теплоноситель [2].
Для изучения явления водородной хрупкости в титановых и циркониевых сплавах необходима подготовка экспериментальных образцов с различными концентрациями водорода для проведения механических испытаний. Однако наводороживание зачастую затруднено из-за наличия на поверхности окисной пленки [1,11], которая значительно снижает скорость сорбции водорода, особенно при низких температурах. Для повышения скорости сорбции может быть использован метод плазменной очистки поверхности для удаления окисной пленки и последующее напыление слоя никеля микронной толщины. Никелевый слой существенно снижает скорость образования окисной пленки, а так же активно взаимодействует с водородом даже при низких температурах [12].
Изучение явления водородной хрупкости в титановых и циркониевых сплавах зачастую заключается в проведении различных механических испытаний сплавов с водородом. При подготовке экспериментальных образцов с водородом для механических испытаний важно знать, влияет ли нанесение слоя никеля на механические свойства.
Таким образом, целью данной работы являлось исследование влияния никелевого покрытия различной толщины на твердость и сорбцию водорода титановым сплавом ВТ1-0 и циркониевым сплавом Э110.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи: подготовить образцы титанового сплава ВТ1-0 и циркониевого сплава Э110 с различными толщинами никелевого покрытия, определить твердость образцов до и после нанесения слоев никеля различной толщины, провести наводороживание и определить скорости сорбции водорода образцами до и после нанесения слоев никеля различной толщины.
Показано, что с увеличением времени напыления от 10 до 30 минут увеличивается толщина покрытия от 0,6 до 3,3 мкм для титанового сплава и от 1 до 2,6 для циркониевого сплава.
Установлено, что с увеличением времени напыления увеличивается и значение твердости поверхностного слоя. При глубине внедрения индентора в поверхность образца равной 16 мкм значения твердости для всех образцов существенно не отличаются.
По результатам наводороживания были получены графики сорбции. Наибольшая скорость поглощения наблюдается у образцов титанового сплава с 10- и 20-минутным временем напыления, при этом содержание водорода в этих образцах превышает содержание водорода в исходном образце на порядок. С дальнейшим увеличением времени напыления никеля скорость сорбции падает.
Скорость сорбции исходного образца циркониевого сплава несущественно отличается от образца с 10-минутным временем напыления. При дальнейшем увеличении времени напыления (от 20 до 30 минут) скорость сорбции возрастает.
